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1. String、StringBuffer 和 StringBuilder 的区别

String：

• 不可变性：String 是不可变类，一旦创建，其内容不能被修改。任何对字符串的操作（如拼接、裁剪等）都会生成新的 String 对象。

  String str = "Hello";
  str += " World"; // 创建新对象，原对象仍为"Hello"
  

• 线程安全：由于不可变性，String 是天然线程安全的。
• 内存机制：字符串常量池复用相同值的字符串，节省内存。
• 应用场景：适用于字符串内容不经常变化的场景，如常量声明、少量的字符串拼接操作等。

StringBuffer：

• 可变性：StringBuffer 是可变的字符序列，允许在已有序列的末尾或指定位置添加字符串。

  StringBuffer sb = new StringBuffer("Hello");
  sb.append(" World"); // 直接修改原对象，无需创建新实例
  

• 线程安全：StringBuffer 是线程安全的，通过在方法上加 synchronized 关键字实现线程同步。

  public synchronized StringBuffer append(String str) { ... }
  

• 性能开销：同步锁导致多线程安全，StringBuffer 的性能开销较大。单线程下性能低于StringBuilder
• 应用场景：适用于多线程环境下频繁进行字符串拼接的场景。

StringBuilder：

• 可变性：StringBuilder 也是可变的字符序列，功能与 StringBuffer 类似。

  StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");
  sb.append(" World"); // 非同步操作，性能更高
  

• 非线程安全：StringBuilder 去掉了线程安全机制，性能更高。单线程下比StringBuffer快约10%~15%
• 应用场景：适用于单线程环境下频繁进行字符串拼接的场景，是进行字符串拼接的首选。

2. 字符串设计和实现考量

• 不可变性：String 是典型的不可变类，所有属性都是 final 的，保证了线程安全。
• 线程安全机制：StringBuffer 通过 synchronized 关键字实现线程安全，适合多线程环境。
• 性能优化：StringBuilder 去掉了线程安全机制，减少了性能开销，适合单线程环境。
• 内存占用：String 操作不当可能会产生大量临时对象，增加内存占用。

3. 字符串缓存

• intern() 方法：String 提供了 intern() 方法，用于缓存字符串。如果字符串常量池中已经存在相同的字符串，则返回常量池中的实例；否则，将字符串放入常量池。
• 字符串常量池：Java 6 以后，字符串常量池被放置在堆中，避免了永久代占满的问题。
• G1 GC 下的字符串排重：JDK 8u20 之后引入了 G1 GC 下的字符串排重功能，通过 JVM 参数 -XX:+UseStringDeduplication 开启。

4. String 自身的演化

• Compact Strings：Java 9 引入了 Compact Strings 设计，将字符串的存储方式从 char 数组改为 byte 数组加上编码标识，减少了内存占用。
• 性能优化：Compact Strings 设计带来了更小的内存占用和更快的操作速度。

5. 编码相关问题

getBytes() 和 String(byte[] bytes)：这些方法隐含使用平台默认编码，可能导致乱码问题。建议在使用时明确指定编码方式。

6. 内存与设计考量

• String常量池：相同值的字符串共享内存，适合重复使用。

  String s1 = "Java";
  String s2 = "Java"; // 复用常量池中的"Java"
  

• StringBuilder/Buffer初始化：预估容量减少扩容次数。

  StringBuilder sb = new StringBuilder(1024); // 预设容量为1024
  

7. 使用场景总结

场景	推荐类	理由
字符串常量（如配置项）	String	不可变性保证数据安全，常量池优化内存
单线程循环拼接字符串	StringBuilder	避免同步开销，性能最优
多线程共享字符串操作	StringBuffer	同步保证线程安全
SQL语句拼接、JSON生成	StringBuilder	单线程操作，高效且无需线程安全